本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种铝合金无铬钝化剂及其制备方法。
背景技术：
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。由于铝的电极电位较低，当在潮湿环境中与高电位金属接触时，极易产生接触腐蚀。另外铝合金在制造过程中，由于追求高的力学性能和其他方面的综合性能而添加各种合金元素，这些元素的存在使得铝合金内部化学成份和组织不均匀，再加上热处理和加工过程中残余应力的存在，使得铝合金在使用环境中极易造成微电池腐蚀。而且铝合金在使用环境中，不可避免地存在着潮湿空气，这些潮湿空气凝结在铝合金材料表面形成水膜，更为严重的是潮湿空气中存在一定含量的cl-、so2、h2s、co2等物质，在这种情况下，铝合金表面更容易发生点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等形式的破坏。
在铝合金加工完成后，需要进行表面处理，以提升铝合金的防腐蚀性。在众多的表面处理措施中，六价铬酸盐处理技术已经很成熟，成本低、操作方便、耐蚀性能高而被广泛使用。然而，欧洲和北美从2007年开始已全面禁止金属表面铬酸盐处理的各类产品，如铝型材、汽车零部件和电子产品等。因此随着人们环保意识和对六价铬离子毒害性的认识的提高，针对铝合金的铬酸盐化学转化处理的替代技术研究开发受到广泛的关注。
目前，虽然现有的一些铝合金无铬钝化处理剂产品也达到了环保要求，但是这些产品在与后续涂层的涂装配套性能上还不能达到传统钝化的性能，尤其表现在整体耐蚀性上，不能满足相关标准的技术要求。例如，公开号为cn104561972a的中国发明专利，公开了一种铸铝合金工件涂装前无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，二茂铁甲酸0.05~0.08%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，余量为水。但是，该处理剂中含有过硫酸钾且含量较高，过硫酸钾能逐渐分解失去有效氧，从而导致有效浓度逐渐降低，大大影响处理剂的工作寿命。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以替代传统六价铬酸盐处理技术的适用于铝合金的环保型无铬钝化处理剂及其制备方法。为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷5~20%、碳酸锆钾3~7%、山梨糖醇2~8%、偏钒酸铵1~3%、二茂铁甲酸0.2~1%、硝酸铈0.02~0.08%、余量为水。
优选地，一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷13%、碳酸锆钾5%、山梨糖醇5%、偏钒酸铵2%、二茂铁甲酸0.7%、硝酸铈0.05%、余量为水。
本发明铝合金无铬钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷、碳酸锆钾依次加入在反应釜中，加入水混合搅拌均匀，然后再依次加入山梨糖醇、偏钒酸铵，搅拌均匀后溶液静置1小时；最后依次加入二茂铁甲酸、硝酸铈搅拌均匀后静置2小时，即得铝合金无铬钝化剂。
本发明铝合金无铬钝化剂的用法：铝合金工件经过脱脂洗净后，用质量浓度为2%~20%的本发明处理剂在30~60℃的条件下处理5~15分钟，处理方式可为喷淋法或浸泡法，最后水洗烘干后即可。
本发明的无铬钝化剂在铝合金表面可以生成一层均匀致密的钝化膜，提高了铝合金的耐蚀性，同时作为铝合金与后续涂层的中间过渡层，大大增强涂层的附着力。与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：1、不含六价铬等有毒有害成分，对环境友好；2、本发明在铝合金表面形成的钝化膜，其耐蚀性和漆膜附着力达到铬酸盐钝化技术水平，可以完全替代铬酸盐钝化技术；3、本发明处理工艺简单，处理时间短，施工方便，适用于规模化工业生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷5%、碳酸锆钾7%、山梨糖醇2%、偏钒酸铵3%、二茂铁甲酸0.2%、硝酸铈0.08%、余量为水。
上述的铝合金无铬钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷、碳酸锆钾依次加入在反应釜中，加入水混合搅拌均匀，然后再依次加入山梨糖醇、偏钒酸铵，搅拌均匀后溶液静置1小时；最后依次加入二茂铁甲酸、硝酸铈搅拌均匀后静置2小时，即得铝合金无铬钝化剂。
实施例2：
一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷20%、碳酸锆钾3%、山梨糖醇8%、偏钒酸铵1%、二茂铁甲酸1%、硝酸铈0.02%、余量为水。
上述的铝合金无铬钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷、碳酸锆钾依次加入在反应釜中，加入水混合搅拌均匀，然后再依次加入山梨糖醇、偏钒酸铵，搅拌均匀后溶液静置1小时；最后依次加入二茂铁甲酸、硝酸铈搅拌均匀后静置2小时，即得铝合金无铬钝化剂。
实施例3：
一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷13%、碳酸锆钾5%、山梨糖醇5%、偏钒酸铵2%、二茂铁甲酸0.7%、硝酸铈0.05%、余量为水。
上述的铝合金无铬钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷、碳酸锆钾依次加入在反应釜中，加入水混合搅拌均匀，然后再依次加入山梨糖醇、偏钒酸铵，搅拌均匀后溶液静置1小时；最后依次加入二茂铁甲酸、硝酸铈搅拌均匀后静置2小时，即得铝合金无铬钝化剂。
对比实施例1：
一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷13%、碳酸锆钾5%、山梨糖醇5%、偏钒酸铵2%、二茂铁甲酸0.7%、余量为水。
上述的铝合金无铬钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷、碳酸锆钾依次加入在反应釜中，加入水混合搅拌均匀，然后再依次加入山梨糖醇、偏钒酸铵，搅拌均匀后溶液静置1小时；最后加入二茂铁甲酸搅拌均匀后静置2小时，即得铝合金无铬钝化剂。
对比实施例2：
一种铝合金无铬钝化剂，由如下重量百分比的原料制成：1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷13%、碳酸锆钾5%、山梨糖醇5%、偏钒酸铵2%、硝酸铈0.05%、余量为水。
上述的铝合金无铬钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷、碳酸锆钾依次加入在反应釜中，加入水混合搅拌均匀，然后再依次加入山梨糖醇、偏钒酸铵，搅拌均匀后溶液静置1小时；最后加入硝酸铈搅拌均匀后静置2小时，即得铝合金无铬钝化剂。
对比试验数据如下：
用本发明实施例1~3、对比实施例1~2的铝合金钝化剂和传统铬酸盐钝化剂分别对铝合金进行钝化处理，参考相关国家标准对对比实施例1~2钝化剂、本发明实施例1~3的钝化剂和传统铬酸盐钝化剂处理后的铝合金表面进行腐蚀性能、漆膜附着力性能的对比测试，结果如下表1、表2：
表1对比实施例1~2钝化剂的常规性能试验结果
表2本发明实施例1~3钝化剂的常规性能对比试验结果
通过表中各项试验检测结果，可以得出结论：经过本发明无铬钝化剂处理的铝合金，与经过传统铬酸盐钝化剂处理的铝合金相比，具有更优异的耐蚀性能和涂层结合力性能。其中，经本发明实施例3钝化剂处理的铝合金的耐蚀性最优，大大超过本发明人的预期。并且，通过实施例3、对比实施例1~2的钝化剂对铝合金处理后的耐蚀性对比试验，可以得出结论，本发明无铬钝化剂配方所采用的二茂铁甲酸和硝酸铈两种物质，对于钝化剂整体的耐蚀性的提高具有协同增效的作用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，只要不偏离或超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。